APOSTILA DE FÍSICA

Prévia do material em texto

Julia Silva
 
APOSTILA DE FÍSICA
SANTOS, J.S.
1. INTRODUÇÃO
A física é a ciência experimental que trata da interação entre matéria e energia, ela envolve pesquisa, coleta e organização de dados e formulação de hipóteses método cientifico.
 Grandezas 
No estudo da física é comum a utilização de números muito grandes ou muito pequenos, sendo necessário a utilização de notação cientifica para facilitar seu uso.
onde 1 > a < 10 sendo b um número inteiro, portanto denominamos essa representação de notação científica.
Exemplos
· Distância da Terra ao Sol = 150.000.000 km. Notação científica:1,5. 10 8/ km
· Velocidade da luz = 300.000 km/s. Notação científica: 3 . 10 5 km/s
As grandezas são tudo aquilo que pode ser medido (coparavel), para isso utilizamos o sistema internacional de unidades (SI). 
Grandezas 
Escalares: Grandezas que são definidas apenas pelo seu valor numérico e sua unidade de medida. Ex: Tempo, Temperatura, Volume, Massa, Trabalho de uma Força, etc.
Vetoriais: Grandezas que necessitam de uma direção e um sentido, além do valor numérico e da unidade de medida. Ex: Velocidade, Aceleração, Força, Deslocamento, Empuxo, Campo elétrico, Campo magnético, Força peso, etc.
Operações de vetores - Adição 
Regra do polígono: Ligam-se os vetores origem com extremidade. O vetor soma é o que tem origem na origem do 1º vetor e extremidade na extremidade do último vetor.
Multiplicação 
Subtração 
2. GRANDEZAS
Grandezas vetoriais e grandezas escalares são tipos de grandezas físicas que dependem de diferentes informações para serem definidas.
Grandezas escalares são aquelas que podem ser definidas apenas com um valor e sua unidade de medida. Podem ser definidas facilmente, sendo necessário:
· Valor 
· Unidade de Medida 
O tratamento dessas grandezas é algébrico, isto é, as operações envolvendo grandeza escalares podem ser feitas normalmente. São grandezas escalares:
· Massa 
· Tempo 
· Temperatura
· Volume 
· Trabalho de uma força
· Corrente elétrica
Grandezas vetoriais necessitam, além do valor e da unidade de medida, informar o sentido e a direção. Elas podem ser representadas por um vetor. Podem ser definidas, sendo necessário:
· Intensidade (modulo = tamanho = valor numérico)
· Direção (horizontal e vertical)
· Sentido (esquerda, direita, para baixo, para cima)
Grandezas vetoriais são completamente definidas por um número, uma unidade de medida, uma direção e um sentido. São grandezas vetoriais:
· Peso (força N)
· Velocidade
· Aceleração 
· Deslocamento
· Energia
Vetor iguais: intensidade = direção = sentido
Vetor opostos: intensidade = sentido 
3. CINEMATICA
A cinemática é o estudo do movimento dos corpos, indicando o deslocamento, a velocidade e a aceleração em cada instante. Referência, trajetória e deslocamento são alguns conceitos necessários para uma compreensão correta da cinemática. 
Referencial: É um ponto que determina se o objeto está em movimento ou repouso. É indispensável para se determinar a posição de um objeto, dado que é adotado como o ponto de partida.
Movimento: Movimento e repouso são conceitos relativos. Um corpo pode estar em movimento em relação a um referencial, mas parado em relação a outro. Por isso, dizemos que movimento é a situação em que a posição de um corpo muda, no decorrer de certo intervalo de tempo, em relação a um referencial. 
Trajetória: É a sucessão das posições ocupadas por um móvel. Dividida em trajetórias retilíneas e curvilíneas ou até mesmo caóticas. 
Deslocamento: Distancias percorrida entre o espaço inicial e final da trajetória.
Ponto Material: Corpo cujas dimensões não interferem no estudo do movimento.
Formulas
Velocidade Escalar Media: A rapidez com que é realizado o deslocamento por um corpo recebe o nome de velocidade medica. 
Aceleração Escalar Media: A aceleração de um corpo faz com que a variação da velocidade durante um trajeto aumente ou diminua em um dado intervalo de tempo.
3.1 MOVIMENTO UNIFORME
Em física, o movimento consiste numa mudança de posição de um corpo ou de um sistema, em relação ao tempo, quando medido por um dado observador num referencial determinado.
Movimento Uniforme (UM): Se em igual intervalo de tempo um corpo percorre sempre a mesma distância, seu movimento é classificado como uniforme. Sendo assim, sua velocidade é constante e diferente de zero ao longo do percurso.
A posição do corpo na trajetória pode ser calculada pela função horaria da posição: 
Exemplo: Suponha que um veículo se mova em movimento uniforme com velocidade de 30 km/h. Em um intervalo de tempo de 30 minutos (0,5 hora), esse veículo desloca-se 15 km; em 60 minutos (1 hora), desloca-se 30 km; em 2 horas, portanto, 60 km.
Movimento Uniforme Variado (UMV): Se a velocidade varias em quantidades iguais no mesmo intervalo de tempo, o movimento é caracterizado como uniformemente variado. Sendo assim, a aceleração é constante e diferente de zero.
Através da equação horaria da velocidade é possível calcular a velocidade em função do tempo.
A posição do corpo durante a trajetória pode ser calculada através da seguinte equação: 
A equação de Torricelli é utilizada para relacionar a velocidade e o espaço percorrido no movimento uniformemente variado. 
Exemplo: Um móvel desloca-se com velocidade inicial de 20 m/s, quando inicia um processo de frenagem, com desaceleração de 2,5 m/s². Determine o tempo necessário para que esse móvel inverta o seu sentido de movimento.
Para resolvermos esse exercício, faremos uso da função horária da velocidade. Nesse sentido, podemos afirmar que o móvel inverterá o sentido de seu movimento no instante seguinte àquele em que a sua velocidade se torna nula. Desse modo, encontraremos o tempo necessário para que a velocidade final desse móvel seja de 0 m/s, sabendo que a sua velocidade inicial era de 20 m/s:
4. DINAMICA
A dinâmica é a parte da Física relacionada à mecânica que estuda os movimentos e as causas que os produzem e os modificam. Na dinâmica, temos três leis em que todo o estudo do movimento pode ser resumido, São as chamadas leis de Newton: 
1. Primeira lei de Newton – a lei da inércia, que descreve o que ocorre com corpos que estão em equilíbrio
2. Segunda lei de Newton – o princípio fundamental da dinâmica, que descreve o que ocorrer com corpos que não estão em equilíbrio 
3. Terceira lei de Newton – a lei da ação e reação, que explica o comportamento de dois corpos interagindo entre si. 
Força Resultante
A determinação de uma força resultante é definida pela intensidade, direção e sentido que atuam sobre o objeto. 
Tipos de Força
· Força peso – esse tipo de força é exercido através do campo gravitacional da Terra sobre todos os corpos.
· Força elástica – é aquela força exercida sobre um corpo que possui elasticidade, provocando a deformação do mesmo.
· Força gravitacional – trata-se de uma força de atração exercida a partir da interação entre dois corpos. Esse tipo de força depende da massa dos corpos envolvidos, pois quanto maior for a massa, maior será a atração e vice-versa.
· Força de atrito – é a força que atua entre duas superfícies que estão em contato, trata-se de uma força oposta à tendência do movimento. Nesse sentido, quanto maior for a asperidade dos corpos, maior será a força de atrito. 
· Força centrípeta – essa é a força exercida por um corpo em um movimento circular, no qual o corpo é puxado para o centro da trajetória em um movimento circular ou curvilíneo.
· Força magnética – esse tipo de força atua mesmo que os corpos não estejam em contato. Trata-se da força de atração e repulsão que existe entre os objetos magnéticos.
· Força normal – a força normal também é denominada de força de apoio. Essa força é exercida entre duas superfícies em contato, quando uma superfície precisa sustentar um objeto depositado sobre ela. 
5. ELETRODINAMICA
Eletrodinâmica é a parte da física que estuda o aspecto dinâmico da eletricidade, ou seja, o movimento constantedas cargas elétricas.
Corrente Elétrica
É a carga elétrica que está em movimento. Esse movimento é ordenado e insere-se dentro de um sistema condutor, cujas cargas apresentam uma diferença de potencial (DDP). Isso quer dizer que há cargas positivas e negativas, sem as quais não existe corrente elétrica. 
A intensidade da corrente elétrica é medida através da seguinte formula:
Resistência Elétrica
A resistência elétrica dificulta a passagem da corrente elétrica. O seu cálculo obedece às leis de OHM. 
1° Lei de OHM: determina que a diferença de potencial entre dois pontos de um resistor é proporcional à corrente elétrica que é estabelecida nele. Além disso, de acordo com essa lei, a razão entre o potencial elétrico e a corrente elétrica é sempre constante para resistores ôhmicos.
R – Resistência (Ω)
ρ – Resistividade (Ω.m)
l – Comprimento (m)
A – Área transversal (m²)
2° Lei de OHM: descreve quais grandezas físicas relacionam-se com a resistência elétrica de um condutor. De acordo com essa lei, a resistência elétrica de um condutor homogêneo é diretamente proporcional ao seu comprimento e inversamente proporcional à área transversal desse condutor.
U – Tensão elétrica ou diferença de potencial (V)
R – Resistência elétrica (Ω)
i – Corrente elétrica (A)
Potência Elétrica 
É a quantidade de energia elétrica produzida em um determinado período. Ela pode ser medida através da seguinte formula: 
P - Potência (W)
i - Corrente elétrica (A)
U - Diferença de potencial (V)
Potência Dissipada: Efeito Joule 
Quando um condutor é aquecido ao ser percorrido por uma corrente elétrica, ocorre a transformação de energia elétrica em energia térmica. Esse fenômeno ocorre devido o encontro dos elétrons da corrente elétrica com as partículas do condutor. Os elétrons sofrem colisões com átomos do condutor, parte da energia cinética (energia de movimento) do elétron é transferida para o átomo aumentando seu estado de agitação e, consequentemente, sua temperatura. Assim, a energia elétrica é transformada em energia térmica (calor). 
Associação de Resistores 
Associação em serie: todos os resistores são percorridos pela mesma corrente elétrica; ADDP total entre os terminais da associação é a soma das DDP em cada resistor. A resistência do resistor equivalente entre os terminais da associação é a soma das resistências dos resistores originais. 
Associação em paralelo: Na associação em paralelo, os resistores encontram-se ligados ao mesmo potencial elétrico, no entanto, a corrente elétrica que atravessa cada resistor pode ser diferente, caso os resistores tenham resistências elétricas diferentes.
Associação mista: Na associação mista de resistores, pode haver tanto ligações em série quanto ligações em paralelo.
6. ELETROSTATICA
Carga elétrica
É a propriedade da matéria estudada pela eletrostática, junto com seu repouso e seus efeitos, e que ocorre devido a existência de partículas bem especiais: o próton e o elétron. 
Condutores e isolantes
Quando parte dos elétrons sofre uma fraca atração elétrica por parte do núcleo, eles possuem liberdade de movimento e são chamados de bons condutores. Os materiais onde os elétrons são fortemente ligados ao núcleo, possuem pouca liberdade e são chamados de bons isolantes.
Processos de eletrização
São processos utilizados para troca de cargas elétricas entre corpos, adicionando ou retirando Eletro.
Atrito
Quando dois corpos são atritados, um cede elétrons, positivo vir positivamente, e o outro recebe elétrons, eletrizando-se negativamente.
Ordem de materiais - eletrização materiais (positivo ou negativo):  a, couro, vidro, cabelo, nylon, chumbo, seda, alumínio Vila papel madeira, borracha, níquel e cobre, ouro e o isopor, PVC e teflon. 
Contato
Os corpos de cargas diferentes entrarão em contato até que seja atingido o equilíbrio se forem idênticos, o equilíbrio ocorrerá quando as quantidades de cargas se igualarem a carga é sempre na superfície.
Indução
O processo consiste em aproximar um bastão carregado de uma esfera condutora. Em seguida, a esfera é posta em contato com a terra, que cede/recebe elétrons.
Eletroscópio
São aparelhos destinados a verificar se um corpo está ou não eletrizado.
Eletroscópio de fio: esfera condutora leve pendurada um fio isolante. A ao aproximarmos um corpo eletrizado, os elétrons livres da esfera migram para a borda. A região próxima é atraída afastada retraída é a atração por indução. 
Eletroscópio de folha: duas folhas condutoras leves fixas a uma haste condutora. As folhas se afastam livremente.  ao aproximarmos um corpo carregado, seus elétrons migram para folha ou para a esfera, dependendo da carga as folhas se eletrizam com cargas iguais as suas e abrem-se devido a repulsão. 
REFERENCIAS
BASSALO, J. M. F. Eletrodinâmica clássica. São Paulo: Livraria da Física, 2007.
DORNELES, P.F.T, ARAUJO, IS e VEIT, E. A. Circuitos Elétricos: Atividades de Simulação e Modelagem Computacionais como o Modellus. Disponível em http://www.if.ufrgs.br/cref/ntef/circuitos
HELERBROCK, Rafael. "Associação de Resistores"; Brasil Escola. Disponível em: https://brasilescola.uol.com.br/fisica/associacao-resistores.htm.
HELERBROCK, Rafael. "Segunda lei de Ohm"; Brasil Escola. Disponível em: https://brasilescola.uol.com.br/fisica/segunda-lei-ohm.htm.
PARANÁ, D. Física volume 3: eletricidade. 4. ed. São Paulo: Ática, 1995.
RAMALHO, F.; FERRARO, N.; SOARES, P. Os fundamentos da física 3. 7. ed. São Paulo: Moderna, 1999.
SILVA, D. DA, & LATTOUF, R. Eletricidade: atividade de ensino coerente com um modelo construtivista. Pro-posições, 7(1), 41-57. (1996).
SVOBODA, J., & DORF, R. Introdução aos Circuitos Elétricos. 5ª edição. Rio de Janeiro: LTC. (2003).